简介

IC功能的进一步扩展通常伴随着IC结构的缩小，这一概念由Gordon Moore首先提出，从那以后就被称为“摩尔定律”。但现在IC结构已经缩小到5nm以下，制造这种结构所需的成本和难度已经阻碍了进一步扩展IC的功能。解决方案似乎是将IC晶片组合在同一块基板上形成系统级封装（system-in-package，简称SiP），这种结构也称之为异构集成（heterogeneous integration，简称HI）。

异构集成

半导体晶体管的体积不断缩小，于是人们也发现了成本更低的方式——将体积较大且结构复杂的晶片分解成体积较小的晶片，然后采用极其精细的线宽和线距及尺寸非常小的通孔将小晶片、模块化晶片（现称为小chiplet）、小分离元件放置在同一块有机载板上。通常有3种实现这种目标的架构（图1）：

• 在使用了PCB、玻纤或陶瓷材料的封装载板上放置多个IC晶片

• 晶片和封装之间有硅或玻璃中介板

• 封装载板中使用小型内嵌硅桥连接各个晶片和分离元件

多芯片封装

目前所使用的传统倒装芯片是球栅阵列封装（图2）。这种结构是在传统高性能HDI基材（1+2+1）上添加1~2层ABF膜（Ajinomoto build-up film，简称ABF）。新的ABF工艺使用耐高温RCC（通常为聚亚酰胺）材料，可承受温度更高的组装工艺（见图3）^[4]。

硅中介板

HI的复杂程度日益增加将为载板增加更多功能，形成如图4所示的模块，其中包含各种材料/连接方式的IC芯片、埋入元件、RF/天线、光波导甚至能量存储。

埋入式多晶片互连桥

Intel公司提议在载板中使用埋入式多芯片互连硅桥接（embedded multi-die interconnect bridge，简称EMIB），可以在实现所需中介板互连密度的同时降低封装载板的成本（图5），于是第三种结构应运而生。

表1和图6比较了这3种HI封装的优缺点。

表2和图7对比了材料的频率性能。LCD中显示器使用玻纤作为硅的主要替代材料。

PCB制造厂实施IC封装新技术面临的挑战

全球大约有6~8家有机IC载板制造商，并且全都位于亚洲（日本、中国台湾地区、韩国和马来西亚）。目前中国大陆还没有这样的制造商，但这种局面不久之后应该会被打破。所有这些制造商都会转向HI载板批量生产。如果北美和欧洲地区的制造商计划生产新型HI载板，需要应对以下挑战。

• 材料：ABF或类似薄膜需要使用专用的真空层压设备，同时还需要掌握加成法工艺中铜的表面制备技术。

• 成本：需要最小化或避免使用人工密集型后端工艺流程（这样会导致其他北美地区的IC载板制造厂倒闭）。

• 组装：目前北美地区没有OSAT半导体批量组装厂；需要构建这样的组装厂。

• 客户支持：需要增加客户咨询、建模和工程设计接口。

• 测试：测试HI载板的技术变得更加专业化，且要制造出所需的治具。

• 联合设计：必须确定HI载板制造商是否需要具备类似于当今IC封装和OSAT供应商的EDA设计和建模能力。 

表3列出了所有需要应对的挑战。

总结

针对新型异构集成系统封装方案所进行的探索才刚刚起步。这项技术的基础是目前正在使用的FCBGA、硅中介板和2.5D封装方案，但更侧重于降低成本、提高性能以及可用性。图8所示是Intel的EMIB和Foveros技术理念，这种技术可为新一代产品提供高密度解决方案。

据预测，未来5年PCB制造业中增长最快的产品是高密度HDI（6.8%）和芯片载板（9.7%），具体详情见《IPC-北美地区高阶封装生态系统差距评估报告》的表4所示。可在IPC网站免费下载该报告^[8]。